Histórico VEículos Elétricos

Unidades de Comando – Sensores e Atuadores
Sérgio Pinheiro
Veículos Elétricos

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Enquadramento Histórico
 1771- Nicolas Cougnot desenha e produz o primeiro veículo a vapor. Velocidade
máxima 4 Km/h;
(Primeiro acidente rodoviário do mundo, Cougnot choca contra o muro do quartel )

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 1830- Davenport cria o primeiro veículo elétrico com
baterias não recarregáveis;
 1862-Nicolaus Otto desenvolve o motor de combustão
interna criando o agora conhecido ciclo Otto ou ciclo de 4
tempos;
 1881- Gustave Trouvé apresenta o seu triciclo alimentado a
baterias de chumbo com 0.1 cv!
 1886- Carl Benz regista a patente do “primeiro” veículo
automóvel;

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 1899- Camille Jenátzy bate recorde de velocidade com o seu automóvel elétrico,
o primeiro capaz de se deslocar a mais de 100 Km/h;

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 1899- 1910 – Foram apresentados vários híbridos, com arquiteturas série e
paralelo. Devido à baixa potência específica por Kg, o motor de combustão tinha
um uso limitado. A proporção de veículos elétricos e híbridos para veículos com
motor de explosão era de dois terços e um terço respetivamente.
 Com a evolução do motor de explosão e a expiração da patente de Otto, o
motor de explosão tomou a liderança. O seu custo era inferior a autonomia
muito maior.
Híbrido Lohner-Porsche
O conceito de motor
elétrico por roda não é
novo!

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• 1996-1999 – Produzido o primeiro veículo completamente elétrico de produção
em massa, o EV1 da General Motors. EV1 introduziu várias características
inovadoras e inúmeras variantes, entre elas um híbrido com configuração
paralela e outro de configuração série. Adicionalmente também surgiu um
modelo com fuel cell e outro com turbina a gás. Contudo a GM nunca
comercializou este veículo. Era dada apenas a hipótese de leasing aos clientes.

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• 1997- Surge a primeira geração do Toyota Prius, sendo este o
primeiro híbrido de produção em massa e com relativo sucesso.
• 1999- Honda lança o Insight, que alcançou igualmente um grande
volume de vendas.
Toyota Prius (XW10)
Honda Insight (ZE1)

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Tendência para a eletrificação da frota automóvel
2014->2015 Aumento de 173%.

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Verdadeira vantagem?
Com 100% elétrico:
6500 Km
(1,5€ /100 Km)

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Incentivos
Programa para a mobilidade elétrica
 A atribuição de um subsídio de 5000 euros, aos primeiros 5000 particulares que
adquiram automóvel elétrico, podendo esse incentivo ser acrescido de mais
1500 euros no caso de se proceder ao abate de automóvel de combustão
interna;
 majoração de custo até 50% em sede de IRC, em aquisições de frotas de veículos
elétricos pelas empresas;
 compra anual de 20% de automóveis elétricos na renovação da frota da
Administração Central;
 Atualmente o incentivo é 1125 euros.

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Incentivos
Rede nacional de mobilidade elétrica.
•Cartões pré-pagos anónimos
•Cartões pré-pagos identificados
•Cartões pós-pagos

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Segurança em veículos elétricos

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Eletrocussão
Do choque elétrico derivam essencialmente dois tipos de causas:
•Fibrilação: Contração descontrolada das fibras do coração, o que implica uma
paragem cardíaca.
•Queimadura elétrica: a resistência à passagem da corrente produz calor (lei de
Joule), esse calor pode provocar queimaduras graves especialmente nos pontos
de entrada e de saída da corrente.
•Queimadura por arco elétrico, a passagem de corrente pelo ar pode provocar
um arco elétrico de elevada temperatura.

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De mão para mão:
Resistência da pele (a duplicar) = 1500Ω
De mão para mão através do corpo =1000Ω
Total = 2500Ω
Tensão = 330V
Currente = Tensão/Resistência
330/2500 = 0.13 Amp = 130mA
POSSIVELMENTE LETAL
Resistência da pele
750 ohm
(molhada ou oleosa)
Eletrocussão

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Eletrocussão
Uma vez que a resistência varia conforme os pontos de contacto e a condutividade,
as causas dessa corrente estão expressas em intensidade de corrente.

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Fibrilação ventricular
Fibrilação: Os músculos do coração contraem de forma
irregular interrompendo o fluxo sanguíneo:
10s inconsciência;
5m Danos cerebrais;
10m morte.

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Codificação por cor
 De forma a reduzir acidentes de eletrocussão, os diferentes construtores usam o
mesmo código de cores para cablagem elétrica.
 Preto: De 12V, não representa perigo;
 Amarelo ou Azul: Geralmente indica 42V, pode manter um arco elétrico em caso
de interrupção do circuito.
 Laranja:144 a 650V, perigo de morte. Não intervencionar sem tomar as devidas
precauções.

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Zona de perigo
Antes de iniciar os trabalhos coloque cones avisadores para que outros
intervenientes não se coloquem em perigo ou ativem qualquer componente de alta
tensão sem avisar o técnico.

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Magnetismo
A geração de energia liberta radiação
eletromagnética, adicionalmente os veículos
híbridos estão equipados na sua maioria com
motores de ímanes permanentes.
O trabalho em veículos híbridos é
extremamente desaconselhado a técnicos com
dispositivos médicos implantados, tais como
pacemakers.

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Luvas classe 0
Sempre que exista contacto com algum componente de alta tensão usar luvas
protegidas até 1000V de classe 0.
Testar sempre as luvas antes de as usar e usar luvas de cabedal para proteger as
luvas de borracha contra cortes.
Lavar as luvas apenas com água e sabão. Tentar mante-las secas e arejadas. Quando
estiverem armazenadas polvilhar com pó talco

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Vara de fibra de vidro
 Como em qualquer outro trabalho com alta tensão, o uso de uma vara isolante
pode salvar vidas. Em caso de acidente remover a vítima ou a cablagem causador
do acidente com o auxilio de uma vara isolada. Nunca toque numa vitima
eletrocutada sem se certificar que não existe risco.

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Tapete isolante
Alguns construtores aconselham o uso de um tapete isolante na substituição de
componentes de alta tensão.

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Ferramenta isolada
O uso de ferramenta isolada é fundamental, não só para proteger o técnico mas
também para proteger o veículo contra qualquer curto circuito acidental.

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Ferramenta isolada
 Caixa de segurança onde é colocada a smart key. Deste modo evita-se que alguém
se aproxime do automóvel com a chave, ativando o automóvel.

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Equipamento eletrónico apropriado
 Usar sempre multímetros de categoria III ou IV. Isolados até 750 ou 1000V. As
respetivas pontas de prova devem obedecer à mesma norma;
 Preferencialmente com teste de isolamento (Multímetros convencionais não
possuem esta função).

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Corte de segurança
 Os veículos híbridos e elétricos possuem um corte geral, após a remoção deste
interruptor ( com fusível no interior) deve guarda-lo no bolço.
 Os híbridos possuem relés para ativar o circuito de alta tensão. Se a bateria de
12V estiver inoperacional o circuito de alta tensão não é ligado.
 Ao desligar a bateria de tração todos os componentes de segurança continuam
ativos, portanto operações no sistema de airbag ou pré-tensores só devem ser
feitas após desligar a bateria de 12V. Depois de desligada, esperar 5 minutos para
descarregar os condensadores. O mesmo se aplica ao circuito de alta tensão,
mesmo após a desativação da bateria de tração, os condensadores do inversor
mantêm-se carregados durante 5 a 10 minutos.
 A ativação de qualquer airbag implica o corte automático da bateria de tração.

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Corte de segurança
Corte de segurança
 Após a remoção do interruptor de segurança não ligue a chave nem pressione o
botão de ignição, pode provocar avarias no sistema.

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Ficha de serviço Nissan Leaf
 A ficha de serviço basicamente consiste num interruptor que permite abrir o
circuito bateria de tração.
 A remoção do interruptor deve ser feita com luvas de proteção!
 Após a remoção do interruptor, esperar 10 minutos (descarga do condensador) até
efetuar qualquer reparação.

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Ficha de serviço i-3

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Ficha de serviço C-Zero, i-Miev, i-On

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Primeiro, remova sempre
a ficha de serviço (choque eléctrico!)
Utilize sempre duplo procedimento de
segurança!
Luvas de borracha e ferramentas com
isolamento
Verifique se existe tensão!
A ficha de serviço isola a bateria do resto do veículo. É usada uma ponte para que a
ECU EV possa detectar que a ficha está devidamente colocada.
Ficha de serviço
Ponte

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Terminais principais
Formato dos
terminais principais
Tipo de terminais da
ponte
10MY Contacto magnético
11MY Tipo cavilha
Terminais da ponte

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Shunts de segurança (exemplo Tuareg)
Todas as tampas ou cabos possuem um shunt de modo a que o sistema monitorize
a integridade do circuito de alta tensão.

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Todos os cabos de alta tensão são côr de laranja (padrão industrial para cabos de
alta tensão). Têm duplo isolamento e são selados.
Nucleo de aquecimento
Cabos de carga rápida
Cabos do motor
Cabo de ligação
da bateria
Os terminais dos
cabos de alta tensão
(laranja) não podem
ser substituidos
Cablagem de alta tensão

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Cablagem de alta tensão

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Bateria auxiliar
Desativando a ligação da bateria auxiliar, todos os calculadores ficam inativos.

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Bateria auxiliar
Fusível a remover em caso de acidente.

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Gerador de som
 Nalguns mercados, é obrigatório por lei introduzir um gerador de som para
alertar o peões da presença de um veículo.

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Pack de baterias (330 Volt) Motor &
Transmissão
Ficha de carga
rápida
Sistema de
carga a
bordo
(OBC)
Conversor
DC-DC
Unidade de
controlo do
motor (MCU)
Ficha de carga
normal
Componentes fundamentais
 i-Miev

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OBC [Carregador a bordo]
&
Conversor DC / DC
MCU
[Unidade controlo do motor]
Ficha de serviço
Ficha de carga
[Carga normal]
Bomba de vácuo (travões)
EV-ECU
Alta tensão
12V
Frente do veículo
Ficha de carga
[Carga rápida]
BMU
[Unidade de gestão da
bateria]
 i-Miev

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Unidade de
aquecimento
Pack de baterias [Iões de litio]
Unidade A/C
Motor eléctrico
Cabo de carga rápida
Cabo de carga normal
Cablagem de DC 330V
Sistemas/Circuitos de alta tensão
Frente do veículo
 i-Miev

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V-CAN (500Kbps) Linha principal
V-CAN (500Kbps) Derivações
BAT-CAN (500Kbps)
LIN (19.2kbps)
BAT-LIN (19.2kbps)
Comunicações em série,
Interface ou outros.
i-MiEV unique
Opcional
Standard Diag no LIN
Outros
KWP no
CAN
SWS
CAN-C
LIN
K-line
COMP_HTR
Compressor
& Aquecedor
Painel de
instrumentos
KOS EPS
Unidade de
gestão da
bateria
OBC
(Carregador a
bordo)
ETACS
Módulo da
coluna
(PWx4)
Módulo dos
vidros
eléctricos
(Princ.,SecX3
)
SRS
ECU
MCU
(Unidade
controlo
motor)
ABS
DLC
Nivelamento
automático
dos faróis
SCI
EV-ECU
CMU01～12
BAT-CAN (CMUx12)
SCI
BAT-LIN DEL
A/C
(HVAC)
SCI（CAN Back up）
SCI（CAN Back up）
CAN de
carga
rápida
ETACS = Electronic Time
and Alarm Control
System (operates lights,
wipers etc.)
KOS = Keyless
Operating System
EPS = Electric Power
Steering
ABS = Antilock Braking
System
SRS = Supplementary
Restraint System
A/C = Air Conditioning
E/V = Electric Vehicle
ECU (Controls traction
and charging operations).

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Componentes fundamentais com range extender
 i-3

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Componentes fundamentais com range extender
 i-3
Módulo de
aquecimento
do habitáculo
Bateria de alta
tensão
Máquina
elétrica do
range extender
Inversor do
range extender
Inversor do
Motor elétrico
Conversor
AC/DC
Motor elétrico
Compressor
AC

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A bateria consiste em 88 células arrumadas em 12 módulos. Tensão total quando
completamente carregada = 365 Volts (315 Volts de descarga)
88 Células de 3.7 Volt
12 Módulos
(10 x 8 Células, 2 x 4 Células)
Componentes fundamentais- Bateria
 i-Miev

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CMU = Unidade de Monitorização das Células x 12 (uma em cada módulo)
 i-Miev

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Existem 3 contactos principais (grandes relés) no pack de baterias. São controlados
pela ECU EV. Dois contactos isolam a bateria. O contacto de carga é usado para
pré carregar o condensador de amortecimento, antes dos contactos principais
ligarem.
P
N

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Fusíveis principais
•Motor 500V 280A
•AC 500V 50A
•Aquecedor 500V 50A
Acessos de serviço

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Componentes fundamentais- Deteção de fugas

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A Unidade de Gestão da Bateria (BMU) monitoriza a condição da bateria, usando a
informação dos CMU’s e do sensor de perdas de corrente. A BMU tambem controla a
tensão das células durante a carga.
Monitorização da bateria

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A ECU EV monitoriza as baterias durante a carga. Se a bateria atingir temperatura ou
tensão anormal, a carga é interrompida e os contactos desligados.
110/220V
Monitorização da bateria- Sobrecarga

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Se o sistema SRS detectar um impacto, é enviado um sinal para a ECU EV que por sua
vez desliga os contactos da bateria. Foi adicionado um sensor G para detectar impactos
traseiros. Em caso de embate a unidade tem de ser substituída!
New
Monitorização da bateria- Embate

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A diferença entre células pode exceder o valor específico durante a carga. Nesse caso, a BMU deve enviar o sinal de
permissão de balanceamento (equilibrio) e objectivo de tensão nas células, para a CMU, através do Bat-CAN. Quando
recebe o sinal, a CMU deve efectuar o balanceamento de forma a que se atinja o objectivo de tensão nas células.
Condições para efectuar o balanceamento
Objectivo de diferença de tensão entre
células
10MY
1. Durante o carregamento normal
2. Quando se desliga a chave de ignição
10mV
11MY 1. Durante o carregamento normal 0mV
Monitorização da bateria- Balanceamento

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Sem balanceamento
Com balanceamento

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Substituição da bateria

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No circuito acima, a corrente
inicia o fluxo quando o
interruptor é ligado, e
interrompe-o quando ele é
desligado.
Controlando a amplitude do
impulso aplicado, pode
controlar-se a corrente no
circuito.
PWM- Impulso modelado

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PWM- Impulso modelado

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Inversor

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Carregamento

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Carregamento
 Funções:
• Verificação de fichas ligadas;
• Deteção de corrente residual;
• Comunica a corrente máxima ao conversor via sinal
multiplexado;
• Autodiagnóstico: para o carregamento se detetar falhas no
cabo.
READY
CHARGE
FAULT
13A
MUXIMUM
CURRENT
Indicador
READY: Quando se liga a ficha AC
CHARGE: Quando se liga a ficha do veículo
FAULT: Mau funcionamento do sistema de
carga (CCID)

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240VAC
330VdC
14.5VdC
Se a bateria auxiliar estiver
descarregada, a carga NÃO
se inicia porque não há
comunicação CAN entre a
ECU EV e o OBC.

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L1
fase
N
Neutro
PE
Proteção (terra)
Comunicação
Entre o veiculo e
Estação de carga
Carregamento

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Motor
*i-Miev

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Rotor
Estator
Imanes
permanentes
Motor
*Prius

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3-Inversor; 4-Motor
Motor
*Leaf

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Rotor
Bobines
Resolver – Sensor de posição do rotor

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As bobines B e C estão desfasadas em 90º, como o rotor é oval, o entreferro varia
constantemente, permitindo a indução de um sinal sinusoidal nas bobines.

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A MCU Contém um sistema de descarga para descarregar o condensador de
suavização quando o veículo é desligado.
CUIDADO: PODE LEVAR ATÉ 5 MINUTOS A DESCARREGAR
Fusível de
carga

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Travagem regenerativa
No limiar da travagem regenerativa (10%) o condutor pode-se queixar de uma
“anomalia nos travões” porém é perfeitamente normal a sensação no pedal ter um
transição na zona de fronteira.

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O facto de a travagem ser maioritariamente regenerativa pode ter consequências
nos discos e pastilhas de travão. Apesar dos intervalos de substituição serem
consideravelmente maiores, o fraco uso (principalmente a baixa rotação) potencia
o aparecimento de oxidação. Nos sistemas mais recentes é comum existir um
algoritmo que avalia o uso do sistema de travagem tradicional e de tempos a
tempos cancela a travagem regenerativa para manter o sistema funcional.

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